航空发动机转子系统主动抑振控制方法研究

现代先进航空燃气涡轮发动机均不断追求高性能,高可靠性设计,在初始结构设计时,常由于布局构型不合理迫使对结构改型,不仅大大延长了设计周期,而且往往造成费用的超额支出。采用多种现代控制理论结合的综合控制方法,通过对主动控制器的设计,从而实现对航空发动机转子系统的临界转速裕度、不平衡量敏感性以及快速衰减瞬态振动等的综合力学性能的改善。仿真表明,通过主动抑振控制器设计,可以大幅度提高转子系统的抑振能力,有效提升转子系统的可靠性和安全性,可以为航空发动机转子结构减振的主动控制策略提供参考。     

弧线齿面齿轮齿面几何设计及径向齿宽特性

为适应航空领域对面齿轮传动的设计要求,综合弧线齿圆柱齿轮、面齿轮传动的各项优点,提出了弧线齿面齿轮齿面设计并研究了其径向齿宽特性。以端面渐开线齿廓弧线齿圆柱齿轮作为产形齿轮通过包络成形建立面齿轮齿面数学模型;结合齿面方程在MATLAB中进行齿面可视化分析,并通过MATLAB软件的数值计算和CATIA软件的复杂曲面造型实现面齿轮的参数化建模;确立内端根切、外端顶尖对径向有效齿宽的限制条件,计算面齿轮的径向有效齿宽,分析刀具齿轮的齿线圆弧半径和坐标系位置参数对径向有效齿宽的影响。研究表明:当增大齿线的圆弧半径,面齿轮的内径减小,外径、径向有效齿宽均增大;当增大坐标系位置参数,面齿轮的内径、外径均增大,径向有效齿宽减小。      

跨声速风洞模型主动减振系统试验研究

为解决跨声速风洞测力试验模型的俯仰振动问题,研制了一套主动减振系统。该系统利用了模型/天平/支杆系统的响应特性,采用主动控制方法,以天平信号作为输入,采用速度负反馈,使用安装在支杆后端主动接头内的压电陶瓷作动器来抑制模型振动。地面试验结果表明,主动减振系统使模型/天平/支杆系统的俯仰一、二阶阻尼比分别提高20.8倍和12.8倍。风洞试验结果显示,法向力和俯仰力矩振动幅度分别下降71.0%和57.5%,风洞试验结果还表明主动减振系统对气动系数的影响相对较小。主动减振系统在多个模型的风洞试验中也得到验证,显示出良好的减振性能和模型适应性。     

基于结构声强法的机匣振动能量传递特性

为了分析在转子不平衡力激励作用下机匣上纵波、剪切波、扭转波以及弯曲波所携带的瞬态与稳态振动能量的分布规律和传递特性,将结构声强法拓展成矩阵的形式应用到航空发动机领域。建立了转子不平衡力作用下的双转子-支承-机匣耦合模型,通过由有限元工具和自编译程序组建的计算系统,求解并可视化了在高低压转子不平衡力激励作用下机匣瞬态与稳态的总结构声强场以及不同类型振动波的结构声强场。此外,通过运动方程推导并分析了结构声强与结构振动特性之间的内在物理关系。结果表明,机匣上纵波振动能量穿过法兰边后沿其周向传递,而剪切波和扭转波所携带的振动能量则可以穿过法兰边沿机匣轴向传递;支板上的振动能量首先以弯曲波的形式传递到机匣上,振动能量在机匣上沿主要路径传递过程中会发生不同类型振动波相互转换的现象;结构声强通过结构的动能变化率、应变能变化率以及阻尼耗散等能量参数与结构振动特性产生内在物理联系,对结构振动的控制本质上就是对振动能量流的控制。研究结论可为航空发动机机匣以及整机减振提供一定理论指导。     

大功率高速同步电机暖机进程及顶升油泵系统测试分析

根据长输管道大功率高速同步电机暖机进程及顶升油泵系统现状,对机组暖机进程进行测试并跟踪分析,发现暖机进程与同步电机过临界转速时振动值的相关度不高,暖机时间可以进行减少或取消。对同步电机顶升油泵系统进行测试,分析取消顶升油泵时同步电机振动、温度、起停机时间等的变化情况。试验结果表明,可降低顶升油泵联锁停泵转速。     

基于集合经验模态分解和小波阈值的真空泵振动信号降噪方法

真空泵的振动信号具有非平稳、非线性的特性,且夹杂着大量背景噪声,难以直接对其特征信号进行提取、分析,阻碍对真空泵的在线故障诊断。为此,文章提出基于集合经验模态分解(EEMD)的真空泵振动信号小波阈值降噪方法:首先将振动信号进行EEMD分解,得到若干个本征模态函数(IMF)与余项,然后引入归一化自相关函数对IMF分量进行筛选,再对筛选出的IMF分量进行小波阈值降噪处理,最后将降噪后的IMF分量与未处理的IMF分量和余项进行重构,得到降噪后的真空泵振动信号。对仿真与实验信号进行降噪处理的结果表明该方法优于现有的降噪方法,为真空泵振动信号的降噪提供了新的途径。     

姿控动力系统连接螺钉振动疲劳仿真分析研究

某姿控动力系统在连续经历两个方向的随机振动试验后,针对连接螺钉发生疲劳断裂的现象开展相应的研究分析。首先对该姿控动力系统进行结构模态的仿真分析及随机振动试验的模拟,并根据频响分析的有关结果,分别提取前9阶模态单独产生的结构应力响应及全模态应力响应;其次,基于描述随机振动过程中结构动力学响应幅值概率密度函数的Dirlik经验公式及Palmgren-Miner线性累积损伤理论,并通过MATLAB编程,实现连接螺钉累积损伤量的数值计算。最后,得到各主要单阶模态对螺钉振动断裂的影响大小以及仅依靠应力RMS值的相对大小不能对结构进行充分评估的结论,为连接螺钉振动断裂的深入分析及结构改进提供参考。     

某航空发动机卡箍断裂故障分析

针对某航空发动机在试车过程中风扇机匣安装边上用于固定管路的多处卡箍发生的断裂故障,通过对卡箍故障件进行断口分析和设计复查等,确定了卡箍断裂发生的原因:在设计状态下,卡箍上、下瓣之间装配夹角较大,在螺栓拧紧过程中,造成卡箍结构故障位置产生较大的初始局部应力,在较大的振动环境下导致综合应力增大,由于故障位置结构强度储备不足,从而发生高周疲劳断裂。通过对卡箍结构采取加装2 mm厚钢垫、降低静应力等改进措施优化设计,降低了其静应力,提高了其强度储备,有效避免此类故障再次发生。     

基于拓扑优化的曲边轮廓锯齿叶冠结构设计

针对轻质异形冠结构设计问题,提出了基于结构强度和振动分析的锯齿叶冠轮廓切除原则,采用拓扑优化确定了锯齿叶冠2维切除线,通过有限元计算得出叶冠优化后对叶盘结构典型部位应力水平、振动特性的影响。静强度计算结果表明:叶冠优化后在叶身与上、下缘板连接处Von-Mises应力分别降低16.1%、5.6%,在叶冠"Z"形凹口处Von-Mises应力降低24.5%,去除的叶冠质量占叶片质量的2.4%;模态分析和谐响应分析结果表明:叶冠优化后对叶盘结构振动特性不产生负面影响,保证了叶冠的阻尼减振作用。     

基于Copula函数的铣削力、振动与表面粗糙度的相关性分析

探求切削力、振动和表面粗糙度之间的相互关系,对实现表面粗糙度的预测预报具有重要意义。以MQL铣削45钢为试验对象,进行了切削速度v、每齿进给量f_z、切削深度a_p的三因素四水平的64组切削试验,在线测量主切削力、轴向力和径向力及振动,对切削分力数据处理得到相应的平均值、标准差和均方根值,同时离线测量出二维粗糙度R_a、三维粗糙度平均值S_a和均方根值S_q。采用正态分布、指数分布、Gamma分布、Weibull分布和Cauchy分布等函数拟合,根据AIC准则确定出最优分布函数,采用极大似然法估计出未知参数。使用Gaussian Copula、t-Copula、Frank Copula、Gumbel Copula、Clayton Copula等Copula函数拟合铣削力、振动和粗糙度之间相关结构形式,采用AIC准则优选出最优Copula函数,并确定出参量。利用最优Copula函数导出的Kendall秩相关系数τ作为评价指标,分析比较了铣削力、振动与表面粗糙度的整体相关性。采用混合Copula函数对铣削力、振动与表面粗糙度的尾部相关性进行了分析。